谢晓亮：单细胞测序技术有望大幅增加试管婴儿成功率

今年2月底在美国佛罗里达召开的生物技术领域最有影响力的“全球基因组生物学与技术进展”（AGBT）大会上，美国科学院院士、北京大学长江讲座及千人计划教授、北京大学生物动态光学成像中心（BIOPIC）主任谢晓亮代表北大BIOPIC-北医三院生殖医学研究团队报告了一项最新的单细胞基因组扩增技术成果，首次实现了人类胚胎在植入女性子宫前的遗传诊断，该技术有望大幅提高辅助生殖（试管婴儿）成功率，并在其他产前诊断领域具有广泛的应用前景。

该团队由北京大学BIOPIC的谢晓亮实验室、汤富酬实验室及北京大学第三附属医院生殖医学中心乔杰实验室组成。 他们将谢晓亮哈佛大学实验室去年底发表在《科学》上的MALBAC（multiple annealing and looping-based amplification cycles) 技术应用于临床，从而确立了基于单细胞基因组高通量测序的植入前基因诊断新方法。 据外媒报道，该报告引起与会同行的高度关注并获得了多家媒体报道，冷泉港实验室的Gholson Lyon 评价说谢晓亮教授的报告是“本届大会上最有趣的学术报告，从技术的角度讲，非常酷”。

MALBAC是谢晓亮教授最新发展出的单细胞基因组扩增方法，与多重置换 (MDA：Multiple Displacement Amplification) 基因组扩增方法相比，它采用了线性扩增而非传统的指数扩增方式，因而能够大幅度提高扩增的均一性。

全世界目前每十对夫妇中就有一对面临生育障碍，每年依靠生殖辅助技术降生的婴儿高达五十万。 但是，受限于目前辅助生殖过程中胚胎筛选的技术水平，胚胎成功移植并最终产下婴儿的成功率仅为30%左右。

据介绍，成功率之所以如此之低，主要是由于传统受精卵筛选的方法不够精确。通常，为了降低各类风险，例如怀上多胞胎，可导致流产的子痫前症以及大出血等，医生们只能将一个胚胎移植入子宫。 传统的筛选依据主要是受精卵的形态，而形态判断主要依靠医生的主观经验，可见传统方法的精确度是难以保证和提高的。 胚胎移植成活率低的主要原因之一在于各类染色体异常。 因此，植入前的全基因组遗传筛查不但可以最大限度地提高移植胚胎成活率，提高试管婴儿的健康水平，而且可以大幅降低医疗费用，减轻孕妇的痛苦，为社会和病人节约大量资源。

据北医三院生殖医学中心主任乔杰介绍，在卵母细胞成熟过程中，会产生一个第一极体和一个第二极体作为卵细胞减数分裂的副产物，其中第一极体含有二倍体基因组信息，而第二极体含有单倍体基因组信息。通过对两个极体细胞进行高通量测序，就能够推算出卵细胞本身单倍体是否异常，从而监控早期胚胎是否健康。

北大BIOPIC-北医三院联合团队对比了传统的植入前遗传诊断筛查方法和这个新方法。 在传统方法中，需抽取8细胞期胚胎中的一个细胞进行鉴定，新方法则从刚刚受精的卵细胞上抽取两个被废弃的极体细胞。后者的优势在于不再需要抽取胚胎内部的卵裂球细胞，从而降低了损伤胚胎的风险，此外新方法还可以将植入前诊断的时间窗口从1天增加到2-3天，从而为深入全面的诊断和筛查创造条件。

据汤富酬介绍，他们目前利用MALBAC技术，对六个亚洲已生育女性的卵子和极体进行了单细胞基因组扩增，并且用HiSeq高通量测序平台对每个极体全基因组分别进行了0.1倍覆盖度的测序，结果证明，这种新技术可以通过两个极体的测序结果准确推算出卵细胞是否存在非整倍体等染色体异常。此外，整个诊断过程有望在近期缩短至10个小时，大大提高了这一技术的临床应用前景。

该研究团队在分析中发现，有38%的卵细胞具有非整倍体染色体异常，而非整倍体染色体异常的胚胎会伴随着流产或者先天性缺陷。此外，研究人员还发现了该方法能够精确地诊断出染色体小片段的缺失、重复等情况。

北医三院生殖医学中心主任乔杰指出，这种最新的诊断方法成本低、速度快、精确度高、损伤小，对辅助生殖乃至中华民族的优生优育有着重要的意义和广阔的应用前景。该生殖医学中心是中国第一个试管婴儿降生的地方，目前也是全国最先进、水平最高的同类中心，每年在此就医的患者高达1万人。据介绍，在前期的工作基础上，该中心将继续招收志愿者，逐步扩大实验规模。

国际上该领域竞争非常激烈，在这次的AGBT大会上，英国牛津大学Dagan Wells实验室也报道了类似的工作，但采用的是较为落后的MDA扩增技术。北大团队的工作是国际上首次应用单细胞基因组高通量测序技术实现对植入前人类胚胎的遗传诊断之一。

除了辅助生殖外，该技术可以用于筛查特定遗传病基因， 从而对更广泛的人群产生重大意义，对我国的卫生系统和医疗保险系统也将产生一定的影响。

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来源：科学网